在多材料3D打印領(lǐng)域，業(yè)界一直尋求簡潔而經(jīng)濟的解決方案。

近日，Nature期刊上刊登了一項新的3D打印技術(shù)——通過蒸汽誘導(dǎo)相分離實現(xiàn)多功能直接墨水書寫。該論文介紹了一種在室溫條件下打印聚合物、金屬和復(fù)合材料的新方法，該方法基于聚合物蒸汽誘導(dǎo)相分離（VIPS）技術(shù)。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-47452-9

首先，讓我們一起來看看它的運作原理。它從一種含有所需3D打印材料粒子的特殊液態(tài)墨水開始，這種液態(tài)墨水通過一個類似于注射器的噴頭被擠壓出來，進入構(gòu)建空間。

VIPS-3DP流程示意圖

當(dāng)材料從噴頭釋放時，它會接觸到構(gòu)建空間內(nèi)的流動蒸汽，這些蒸汽由一種特定的非溶劑制成。然后，一個有趣的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生了：非溶劑蒸汽與液體反應(yīng)，提取出一種溶劑，導(dǎo)致液體發(fā)生了相分離，這種相分離讓嵌入其中的粒子固化了。

基于ABS聚合物的打印結(jié)果

VIPS-3DP技術(shù)因其與多種材料的兼容性而顯得非常有用，不僅適用于聚合物，也適用于金屬和陶瓷粒子。此外，還可以在墨水中混合不同的粒子來創(chuàng)建混合材料。例如，研究人員已成功使用VIPS-3DP技術(shù)打印出了復(fù)合材料制成的對象。

VIPS-3DP復(fù)合打印結(jié)果

此技術(shù)也已擴展到打印含金屬的聚合物墨水或載有復(fù)合材料粉末的聚合物墨水，這些材料經(jīng)過熱處理后轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘倩驈?fù)合材料部件。不過，混合使用聚合物、金屬和陶瓷可能會因為它們不同的燒結(jié)溫度而帶來挑戰(zhàn)。

用于多孔結(jié)構(gòu)開發(fā)的金屬-致孔劑復(fù)合材料

VIPS-3DP的一個獨到之處在于，它可以通過調(diào)整打印參數(shù)來控制成品的孔隙率，這讓操作者可以打印出具有空間可調(diào)性的多孔結(jié)構(gòu)以及功能梯度的部件。

鑒于其巨大潛力，這項研究未來幾乎肯定會實現(xiàn)商業(yè)化。

但是還有幾個問題值得討論，一是關(guān)于可用于VIPS-3DP的材料種類。所有的聚合物是不是都可以兼容，還是存在某些限制？另一個問題涉及到VIPS-3DP的打印速度。根據(jù)研究人員提供的打印過程視頻顯示，其打印速度比較慢。如果打印速度的限制較大，可能會影響到其商業(yè)化前景。

在多材料3D打印領(lǐng)域，業(yè)界一直尋求簡潔而經(jīng)濟的解決方案。

近日，Nature期刊上刊登了一項新的3D打印技術(shù)——通過蒸汽誘導(dǎo)相分離實現(xiàn)多功能直接墨水書寫。該論文介紹了一種在室溫條件下打印聚合物、金屬和復(fù)合材料的新方法，該方法基于聚合物蒸汽誘導(dǎo)相分離（VIPS）技術(shù)。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-47452-9

首先，讓我們一起來看看它的運作原理。它從一種含有所需3D打印材料粒子的特殊液態(tài)墨水開始，這種液態(tài)墨水通過一個類似于注射器的噴頭被擠壓出來，進入構(gòu)建空間。

VIPS-3DP流程示意圖

當(dāng)材料從噴頭釋放時，它會接觸到構(gòu)建空間內(nèi)的流動蒸汽，這些蒸汽由一種特定的非溶劑制成。然后，一個有趣的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生了：非溶劑蒸汽與液體反應(yīng)，提取出一種溶劑，導(dǎo)致液體發(fā)生了相分離，這種相分離讓嵌入其中的粒子固化了。

基于ABS聚合物的打印結(jié)果

VIPS-3DP技術(shù)因其與多種材料的兼容性而顯得非常有用，不僅適用于聚合物，也適用于金屬和陶瓷粒子。此外，還可以在墨水中混合不同的粒子來創(chuàng)建混合材料。例如，研究人員已成功使用VIPS-3DP技術(shù)打印出了復(fù)合材料制成的對象。

VIPS-3DP復(fù)合打印結(jié)果

此技術(shù)也已擴展到打印含金屬的聚合物墨水或載有復(fù)合材料粉末的聚合物墨水，這些材料經(jīng)過熱處理后轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘倩驈?fù)合材料部件。不過，混合使用聚合物、金屬和陶瓷可能會因為它們不同的燒結(jié)溫度而帶來挑戰(zhàn)。

用于多孔結(jié)構(gòu)開發(fā)的金屬-致孔劑復(fù)合材料

VIPS-3DP的一個獨到之處在于，它可以通過調(diào)整打印參數(shù)來控制成品的孔隙率，這讓操作者可以打印出具有空間可調(diào)性的多孔結(jié)構(gòu)以及功能梯度的部件。

鑒于其巨大潛力，這項研究未來幾乎肯定會實現(xiàn)商業(yè)化。

但是還有幾個問題值得討論，一是關(guān)于可用于VIPS-3DP的材料種類。所有的聚合物是不是都可以兼容，還是存在某些限制？另一個問題涉及到VIPS-3DP的打印速度。根據(jù)研究人員提供的打印過程視頻顯示，其打印速度比較慢。如果打印速度的限制較大，可能會影響到其商業(yè)化前景。